(57)【要約】【課題】局部的な高応力の発生を防いで長寿命化を図るとともに、磨耗傷の発生を防ぐことができる遠心分離機用ロータを提供すること。【解決手段】内周面に環状の段差部２７を設けて成る複数の円筒状貫通孔２３を回転軸中心に対して所定角度θ１傾斜させて形成し、外周面にフランジ部２５が形成されたチューブホルダ１６を各貫通孔２３に挿入してそのフランジ部２５を貫通孔２３の前記段差部２７に接触せしめて成る遠心分離機用ロータ１において、回転中心側の前記貫通孔２３の段差部２７と前記チューブホルダ１６のフランジ部２５との接触部２２を略水平とする。又、チューブホルダ１６をロータ１の貫通孔２３に圧入又は焼嵌めによって固定する。【選択図】図５
2007111580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に環状の段差部を設けて成る複数の円筒状貫通孔を回転軸中心に対して所定角度傾斜させて形成し、外周面にフランジ部が形成されたチューブホルダを各貫通孔に挿入してそのフランジ部を貫通孔の前記段差部に接触せしめて成る遠心分離機用ロータにおいて、
回転中心側の前記貫通孔の段差部と前記チューブホルダのフランジ部との接触部を略水平としたことを特徴とする遠心分離機用ロータ。
【請求項２】
前記チューブホルダを前記貫通孔に圧入又は焼嵌めによって固定したことを特徴とする請求項１記載の遠心分離機用ロータ。
【請求項３】
内周面に環状の段差部を設けて成る複数の円筒状貫通孔を回転軸に対して所定角度傾斜させて形成し、外周面にフランジ部が形成されたチューブホルダを各貫通孔に挿入してそのフランジ部を貫通孔の前記段差部に接触せしめて成るロータと、
該ロータをロータ室内で回転駆動する駆動手段と、
を備え、前記チューブホルダ内に保持された試料用容器内の試料を遠心分離する遠心分離機において、
回転中心側の前記ロータの貫通孔の段差部と前記チューブホルダのフランジ部との接触部を略水平としたことを特徴とする遠心分離機。
【請求項４】
前記チューブホルダを前記ロータの貫通孔に圧入又は焼嵌めによって固定したことを特徴とする請求項３記載の遠心分離機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医学、薬学、遺伝子工学、バイオ等の分野において試料を遠心分離処理するための遠心分離機とこれに備えられるロータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種液体試料の遠心分離に使用される遠心分離機は、内部に液体試料を収容した複数の試料用容器を収容穴に収容可能なロータと、該ロータをロータ室内で回転駆動するモータ等の駆動手段を備え、ロータ室内で前記ロータを高速で回転させることによって試料用容器内の液体試料を遠心分離するものである。
【０００３】
ところで、ロータの材質には、通常はアルミニウム合金やチタン合金等の軽量で高強度な材料が使用されるが、試料用容器の大型化に伴ってチューブホルダやロータも大型化せざるを得ず、これらに軽量な材料を用いても２０ｋｇ前後と重い場合が多く、持ち運びが容易でない等、ユーザーに大きな負担を強いる結果となっていた。
【０００４】
又、重いロータは回転時のエネルギーが大きく、該ロータが万一破壊しても遠心分離機外にその破片等が飛散しないような本体構造にする必要があり、その分だけコストアップし、ユーザーに経済的負担を強いていた。
【０００５】
そこで、ロータの軽量化を図る手段として、該ロータの上面側に試料用容器を保持する保持孔を周方向に等間隔に形成し、隣接する保持孔間に凹部を形成し、これらの凹部を共通の底蓋で覆う構造が提案されている（特許文献１参照）。この構造によれば、約６０〜７０％程度の重さまで重量軽減できるが、加工上削除できない不要部分が残存するために軽量化には限界がある。
【０００６】
更なる軽量化の手段として、ロータとチューブホルダを別々に製作して両者を組み合わせ、ロータ全体をシェルやカバーで覆う構造が提案されている（特許文献２，３参照）。特許文献２には、円筒状のチューブホルダを金属製スリーブとＦＲＰ（繊維強化プラスチックス）製ホルダで構成し、両者の円筒面間を結合させる構成が開示されている。この構成によれば、チューブホルダの金属製スリーブとロータの接触面に、チューブホルダ中心軸に平行な遠心荷重の分力が掛かるため、金属製スリーブとＦＲＰ製ホルダの結合面間を剥離させるよう作用する。
【０００７】
上記遠心荷重を緩和させる手段として、特許文献２には、チューブホルダとロータ間に作用する荷重を減少させるように空所を設けるか、フランジ面を円錐面にして遠心分離中に円錐面に沿うようにチューブホルダを円筒中心軸に対して平行上方に移動させて遠心荷重受け面から浮かせることによって、金属製スリーブとＦＲＰ製ホルダの結合面間に荷重が作用しにくくなるようにする提案がなされている。
【０００８】
しかし、チューブホルダを円筒中心軸に対して平行上方に移動させるためには、該チューブホルダとロータ間に剥離を防げる程度の隙間が必要であり、特許文献２には、この点に関しての詳細な記載はない。又、円錐面の角度に関しても具体的な記載がない。特許文献３にも軽量化についての記載はあるが、ロータとチューブホルダの接触面間に発生する応力低減についての記載はない。
【特許文献１】実公平７−０２５２３０号公報
【特許文献２】特表２００１−５２６５８５号公報
【特許文献３】特表平８−５０４６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図６に従来の遠心分離機用ロータ１の部分縦断面を示すが、同図に示すように、ロータ１には複数の円筒状貫通孔２３（図６には１つの貫通孔２３の一部のみ図示）が回転軸中心３１に対して下方に向かって広がるよう所定角度θだけ傾斜して形成されており、各貫通孔２３の内周面には環状の段差部２７が形成されている。そして、各貫通孔２３内にはチューブホルダ１６が挿入されるが、このチューブホルダ１６は、その外周面に形成されたフランジ部２５が貫通孔２３の前記段差部２７に接触して係合することによって位置決めされ、その内部には、試料を収容した不図示の試料用容器が挿入保持される。
【００１０】
ところで、ロータ１の貫通孔２３に形成された段差部２７及びチューブホルダ１６に形成されたフランジ部２５は、加工の容易性等を考慮してチューブホルダ１６の中心軸に対して直角に形成されていたため、貫通孔２３の段差部２７とチューブホルダ１６のフランジ部２５との接触部２２が水平面に対して図示の角度α（＝θ）だけ傾斜していた。
【００１１】
而して、遠心分離中のロータ１とチューブホルダ１６は、これらに作用する遠心荷重によって変形するが、両者は形状及び寸法（剛性）が異なるために変形量に差が生じる。通常は肉厚が薄いチューブホルダ１６が大きく変形し、その遠心外側においては該チューブホルダ１６がロータ１の貫通孔２３に密着し、遠心内側においてはチューブホルダ１６が凹むように変形するために該チューブホルダ１６と貫通孔２３との間に隙間が生じる。この場合、チューブホルダ１６は変形することによってフランジ部２５近傍の付け根Ｒ部２６に発生する応力を緩和する。
【００１２】
ここで、チューブホルダ１６には、図示の遠心荷重Ｆが径方向外方に作用するが、該チューブホルダ１６のフランジ部２５と貫通孔２３の段差部２７との接触部２２において、遠心荷重Ｆの接触部２２と平行な分力Ｆｘ（＝Ｆｃｏｓα）は、チューブホルダ１６を接触部２２に平行に移動させるよう作用し、遠心荷重Ｆの接触部２２に垂直（チューブホルダ１６の中心軸に平行）な分力Ｆｙ（＝Ｆｓｉｎα）は、チューブホルダ１６をロータ１に押し付けるよう作用する。
【００１３】
従って、前述のようにチューブホルダ１６が変形することによって遠心内側のフランジ部２５近傍の付け根Ｒ部２６に発生する応力を緩和しようとしても、該チューブホルダ１６のフランジ部２５と貫通孔２３の段差部２７との接触部２２には分力Ｆｙによる摩擦力Ｆ’（＝μ・Ｆｙ：μは接触部２２の摩擦係数）が分力Ｆｘとは逆方向に作用するため、この摩擦力Ｆ’によってチューブホルダ１６の大径部（フランジ部２５より上部）の遠心内部（回転中心側）の変形が妨げられて拘束された状態となり得る。これに対して、チューブホルダ１６の小径部（フランジ部２５より下部）はロータ１の外周側に変形しようとするため、付根Ｒ部２６で局部的な高応力が発生して該チューブホルダ１６の短寿命の原因となっていた。
【００１４】
又、チューブホルダ１６をロータ１に対して取り外し可能として使用する場合、該チューブホルダ１６のロータ１への抜き差しや遠心分離時の変形によりロータ１の貫通孔２３及びチューブホルダ１６の外周面に磨耗傷が生じるという問題があった。
【００１５】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、局部的な高応力の発生を防いで長寿命化を図るとともに、磨耗傷の発生を防ぐことができる遠心分離機用ロータとこれを備えた遠心分離機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、内周面に環状の段差部を設けて成る複数の円筒状貫通孔を回転軸中心に対して所定角度傾斜させて形成し、外周面にフランジ部が形成されたチューブホルダを各貫通孔に挿入してそのフランジ部を貫通孔の前記段差部に接触せしめて成る遠心分離機用ロータにおいて、
回転中心側の前記貫通孔の段差部と前記チューブホルダのフランジ部との接触部を略水平としたことを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記チューブホルダを前記貫通孔に圧入又は焼嵌めによって固定したことを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載の発明は、内周面に環状の段差部を設けて成る複数の円筒状貫通孔を回転軸に対して所定角度傾斜させて形成し、外周面にフランジ部が形成されたチューブホルダを各貫通孔に挿入してそのフランジ部を貫通孔の前記段差部に接触せしめて成るロータと、
該ロータをロータ室内で回転駆動する駆動手段と、
を備え、前記チューブホルダ内に保持された試料用容器内の試料を遠心分離する遠心分離機において、
回転中心側の前記ロータの貫通孔の段差部と前記チューブホルダのフランジ部との接触部を略水平としたことを特徴とする。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記チューブホルダを前記ロータの貫通孔に圧入又は焼嵌めによって固定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１及び３記載の発明によれば、貫通孔の段差部とチューブホルダのフランジ部との接触部を略水平としたため、チューブホルダをロータに対して垂直下方へ押圧する遠心荷重の分力は殆ど発生せず、特に遠心内側（回転中心側）の接触部においてチューブホルダの径方向外方への変形を妨げる摩擦力も殆ど発生しない。このため、遠心分離中に遠心内側のフランジ部近傍に発生する応力がチューブホルダの径方向外方への変形によって緩和されることとなり、この結果、ロータ及びチューブホルダに局部的な高応力が発生することがなく、これらの長寿命化が図られるとともに、磨耗傷の発生が防がれる。
【００２１】
又、請求項２及び４記載の発明によれば、チューブホルダをロータの貫通孔に圧入又は焼嵌めによって固定したため、チューブホルダとロータが一体化して変形することとなり、両者間に生じる変形量の差に起因する擦り傷やチューブホルダのロータへの出し入れに伴う擦り傷が生じにくくなり、擦り傷に伴う磨耗粉の発生も抑えられる。更に、ロータとチューブホルダ間に生じる応力の平滑化が図られ、無駄肉の無い最適な形状と軽さのロータを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２３】
先ず、本発明に係る遠心分離機の基本構成を図１に基づいて説明する。
【００２４】
図１は本発明に係る遠心分離機１３の縦断面図であり、図示の遠心分離機１３は、矩形箱型の筐体１１を備え、該筐体１１の内部は水平な仕切板２４によって上下２段の空間に仕切られている。そして、上段の空間には、上面が開口する円筒状のチャンバ４が収容されており、該チャンバ４の周囲には断熱部５と防護壁６が配置されている。又、チャンバ４の上面には、開閉可能なドア１２によって密閉できるロータ室２が形成されており、このロータ室２内には本発明に係るロータ１が回転可能に収容されている。更に、筐体１１の上部には操作・表示部１０が設けられている。
【００２５】
他方、筐体１１内の前記仕切板２４によって仕切られた下段の空間には、仕切板２４に取り付けられた駆動装置９が収容されており、該駆動装置９のハウジング８には駆動源としてのモータ７が内蔵されている。そして、モータ７の垂直上方に延びる駆動軸３は、前記チャンバ４を貫通してロータ室２内に臨み、その上端部には本発明に係るロータ１が着脱可能に装着されている。
【００２６】
次に、本発明に係る前記ロータ１の構成の詳細を図２〜図５に基づいて説明する。
【００２７】
図２は本発明に係るロータの縦断面図、図３は同ロータ要部の拡大断面図、図４は図３の要部拡大詳細図、図５は図４のＡ部拡大詳細図である。
【００２８】
ロータ１の周囲には複数の円筒状貫通孔２３が周方向に等角度ピッチで形成されている。各貫通孔２３はロータ１の回転中心３１に対して下方に向かって広がるよう図示の所定角度θ１（図３〜図５参照）だけ傾斜して形成されており、各貫通孔２３の内周面には環状の段差部２７が形成されている。そして、各貫通孔２３内には、上面が開口する有底円筒状のチューブホルダ１６がそれぞれ挿入されるが、このチューブホルダ１６は、その外周面に形成されたフランジ部２５がロータ１の貫通孔２３の前記段差部２７に接触して係合することによって位置決めされ、その内部には、試料１９を収容した試料用容器２０が挿入保持される。尚、試料用容器２０の上部開口部の外周側にはネジ部が設けられており、そのネジ部にキャップ１５の内側に設けられているネジ部を螺合させることによって試料用容器２０の上部開口部が塞がれている。
【００２９】
ところで、本実施の形態では、ロータ１とチューブホルダ１６の材質には、軽量且つ高強度なアルミニウム合金、チタン合金、ＦＲＰ等が使用されており、ロータ１の貫通孔２３内に挿入されたチューブホルダ１６は、ロータ１の貫通孔２３に圧入又は焼嵌めによって固定されている。
【００３０】
又、ロータ１は、遠心分離中の空気との摩擦による発熱と空気抵抗による回転抵抗を低く抑えるために、その下半部には椀状のシェル１８が被着され、上半部には着脱可能な鍋蓋状のロータカバー１７が被着されており、ロータカバー１７は、これの中心部を貫通してロータ１の上部中心部に螺着されたハンドル１４によってロータ１の上半部に取り付けられている。そして、前述のように、ロータ１は、モータ７の垂直上方に延びる駆動軸３の上端部に着脱可能に装着されている。
【００３１】
而して、図１に示す遠心分離機１３において、ドア１２を開け、ロータ１の貫通孔２３に挿入固定されたチューブホルダ１６に試料用容器２０を収容し、ロータカバー１７をセットした後、ドア１２を閉めてロータ室２を密閉した状態で、駆動装置９のモータ７を駆動すれば、その回転は駆動軸３を経てロータ１に伝達され、該ロータ１がロータ室２内で回転駆動される。このようにロータ１がロータ室２内で回転駆動されると、これと共に回転する試料用容器２０内の試料１９が遠心分離処理される。
【００３２】
次に、本発明の要旨について説明する。
【００３３】
本発明は、ロータ１の貫通孔２３の内周面に形成された段差部２７とチューブホルダ１６の外周面に形成されたフランジ部２５との接触部２２を略水平としたことを特徴とする。即ち、図３及び図４に示すように、接触部２２をチューブホルダ１６の中心軸２１に直交する面（図６に示す従来の接触部２２を含む平面）に対して図示の角度θ２だけ傾斜させた。
【００３４】
従って、本発明に係るロータ１とこれを備える遠心分離機１３においては、図５に示すように、遠心分離中において接触部２２には径方向外方の遠心荷重Ｆが水平に発生するが、チューブホルダ１６のフランジ部２５をロータ１の段差部２７に対して垂直下方へ押圧する遠心荷重Ｆの分力は殆ど発生せず、遠心内側（回転中心３１側）の接触部２２においてチューブホルダ１６の径方向外方への変形を妨げる摩擦力も殆ど発生しない。つまり、図６に示す従来のロータ１において接触部２２に発生していた垂直下方の分力Ｆｘは、チューブホルダ１６の変形を妨げる摩擦力Ｆ’（＝μ・Ｆｘ）を誘起するが、本発明に係るロータ１においては、この分力Ｆｘがほぼ０であるため、チューブホルダ１６の径方向外方への変形を妨げる摩擦力は殆ど発生しない。
【００３５】
従って、遠心内側（回転軸３１側）の接触部２２においてチューブホルダ１６は径方向外方へ自由に変形することができ、遠心分離中に遠心内側（回転軸３１側）のフランジ部２５近傍の付根Ｒ部２６に発生する応力がチューブホルダ１６の径方向外方への変形によって緩和される。この結果、ロータ１及びチューブホルダ１６に局部的な高応力が発生することがなく、これらの長寿命化が図られるとともに、これらに磨耗傷が発生することもない。
【００３６】
尚、本実施の形態では、接触部２２を完全な水平として、角度θ２を角度θ１（貫通孔２３及びチューブホルダ１６の中心軸２１がロータ１の回転中心３１に対してなす角度）に等しく（θ２＝θ１）したが、角度θ２を角度θ１よりも大きく（θ２＞θ１）しても同様の効果が得られる。但し、角度θ２を大きくし過ぎると、チューブホルダ１６がロータ１の貫通孔２３から抜けてしまう可能性があるため、本実施の形態のように角度θ２を角度θ１に等しくして（θ２＝θ１）、接触部２２を完全な水平とすることが望ましい。
【００３７】
又、本実施の形態では、チューブホルダ１６をロータ１の貫通孔２３に圧入又は焼嵌めによって固定したため、該チューブホルダ１６とロータ１が一体化して変形することとなり、両者間に生じる変形量の差に起因する擦り傷やチューブホルダ１６のロータ１への出し入れに伴う擦り傷が生じにくくなり、擦り傷に伴う磨耗粉の発生も抑えられる。そして、更にロータ１とチューブホルダ１６間に生じる応力の平滑化が図られ、無駄肉の無い最適な形状と軽さのロータ１を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る遠心分離機の縦断面図である。
【図２】本発明に係る遠心分離機用ロータの縦断面図である。
【図３】本発明に係る遠心分離機用ロータ要部の拡大断面図である。
【図４】図３の要部拡大詳細図である。
【図５】図４のＡ部拡大詳細図である。
【図６】従来の遠心分離機用ロータに作用する遠心荷重とその分力及び摩擦力との関係を示す部分縦断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    遠心分離機用ロータ
２    ロータ室
３    駆動軸
４    チャンバ
５    断熱部
６    防護壁
７    モータ
８    ハウジング
９    駆動装置（駆動手段）
１０  操作・表示部
１１  筐体
１２  ドア
１３  遠心分離機
１４  ハンドル
１５  キャップ
１６  チューブホルダ
１７  カバー
１８  シェル
１９  試料
２０  試料用容器
２１  チューブホルダの中心軸
２２  ロータ貫通孔の段差部とチューブホルダのフランジ部との接触部
２３  ロータ貫通孔
２４  仕切板
２５  チューブホルダのフランジ部
２６  チューブホルダの付け根Ｒ部
２７  ロータ貫通孔の段差部
３１  ロータの回転中心
Ｆ    遠心荷重
【図１】
2007111580.tif 000003
【図２】
2007111580.tif 000004
【図３】
2007111580.tif 000005
【図４】
2007111580.tif 000006
【図５】
2007111580.tif 000007
【図６】
2007111580.tif 000008